止。独立测量次数由电极数目决定。A PT使用的电流源波形多为余弦和正弦,电流值为1.8 mA。ACT系统同时将多个电流源加到每一个电极上并测量所有电极上的电压。每一个电流源的电流值常为0.5 mA ,电流波形没有限制。E I T成像的频率范围在10-1000 KH ,目前成像多采用单一频率。未来 EIT的发展方向是同时采用多种频率进行测量,一个同时采用 8 种频率的 A PT系统的研制已近尾声 。
4.1.2电极
在EIT系统中，电极是提取信号的关键器件，其性能的优劣直接影响采集数据的精度，关系到重建图像的成败。它 必须具备如下的特点：(1)有利于电流的注入和电压的提取，其灵敏度要高；(2)与皮肤表面的接触阻抗要小； (3)电极的形状要规格化，易于匹配； (4)对皮肤无毒性。
E I T系统使用的电极数目多在 16 - 64 之间 。A P T 系统一般是 16个电极 ,AC T 系统 多为 32个电极 ,也有少数 A PT用32个电极 ,AC T 用 64 个电极 。电极设计方面 ,有由电流电极和电压检测电极共同构成的组合电极 ,有根据身体特殊部位对电极进行不同的排列而设计的特殊形状的电极等 。此外 ,在电极的宽窄 、材料等方面也需做进一步研究 。
4.1.3电压检测
EIT系统将获得的模拟信号稍作处理 ,进行 A/ D 转换 ,并在 A/ D 转换前设有增益选择以保证 电压检测的分辨力 。然后将数据放大 、解调送往图像重构单元 。A TP 、AC T 系统都带有 匹配滤波器以获得高速 、灵敏 、窄带的解调结果 。为保证成像质量 ,要求测量系统采集数据的时间短 ,在精度方面 ,动态 EIT 是差动成像 ,对精度的要求低于静态 EIT 。
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4 . 2 图像重构与显像
采用何种重构算法对数据进行处理直接影响到成像的质量。尽管目前理论上提出的
算法很多 ,但多数 A P T 系统 (动态) 只能采用速度快的等位线反投影法 。有些 AC T 系统 (静态) 部分地采用了牛顿 - 拉菲逊算法 。等位线反投影法理论上不太精确 ,图像分辨力 不太高影响了 E I T 系统在临床的普及 ,但它毕竟有速度快等优势 ,故能实现实际成像 。
5.EIT研究的关键及难点
和其他学科的研究一样，EIT的研究也是一门综合性很强的研究，它不仅有涉及电场分布问题、算法研究、硬件设计，驱动检测、软件编程，因此研究EIT我们要着重研究以下几点:
5.1电场在体内的分布的研究
电场在人体内的分布是非线性的，而人体的结构又是非常复杂的，对其进行深刻的研究掌握其在各种组织各种体液中的分布规律对研究驱动测量技术、图象重构算法有重大意义.因此电场在人体内发布的研究直接关系到EIT成像水平的发展。是EIT成像研究关键所在。
5.2高精度、高信噪比的数据测量系统的研究
目前EIT因采用体表弱电流激励及体表测量技术，使内部阻抗信息在体表测量中表现为弱信号、大动态范围. 有文献报道，在一个心动周期中血流入肺而导致肺组织的阻抗变化为3%，从体表仅能测量到这种变化的1/20，即内部3%的阻抗变化在体表只能得到0.15%的改变. 由此看出，由生理特性决定EIT技术对DMS
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提出了具有高精度、高信噪比的要求.另外，阻抗图像重构的算法中有大量矩阵运算或多次迭代运算，经测量系统得到的数据的信噪比大小将直接影响成像质量. 因此，为得到质量较好的重构图像，也要求DMS必须有高精度、高信噪比的基本特性.
5.3新的驱动检测原理技术研究
由于测量电极的限制，每次只能得到非常有限的独立测量数据（N个电极能得到N（N-1）/2个数据），因此需对驱动检测方法做进一步的研究探讨，驱动检测技术包括向人体施加电能的原理（电流或电压等）研究；施加电能的方式（接触或感应等）研究；电极的尺寸、个数和排列方法研究等；电极的尺寸与断层截面的厚度、电极的数量与信息量的矛盾、电极固定位置与测量的稳定性的矛盾等问题的研究. 这些问题需有新的突破才能使阻抗断层成像技术上一个新台阶.
5.4 电阻抗成像研究的难点
关于重构算法问题由于EIT是非线性问题，在求解算法方面存在很多困难，虽然在动态及静态EIT技术都提出很多种算法，但是图像重构效果都不能令人满意. 这些算法基本上都是基于有限元方法，目前各种算法的主要问题在于收敛性能、抗噪能力较差，而且随着抛分规摸的增加计算量也大幅度增加,病态性程度也增加等.
6.电阻抗成像的发展趋势
电阻抗成像技术在医学方面有广泛的应用。在临床上,EIT成像可以用于肿瘤的早期发现、癌组织定征及胃功能监测、癫痫等多种疾病的早期发现及诊断, 实现心、肺、脑及循环系统的功能检测;实现血液动力学和流变学的在体动 态研究, 形成一系列新型的可综合
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评价血液动力学和流变学行为的在体无创测量方法; 进行人体成分的测定, 其结果可用于营养状况的评价、指导运动员训练、健美锻炼以及相关疾病的诊断 等。所以在生物医学领域, 由于E IT 技术具有无创、廉价、安全、无毒副作用、操作简单和信丰富等特点, 易于被医者和患者所接受, 因而具有非常广泛的应用前景。
6.1肺梗塞的诊断
肺梗塞产生的原因是肺部血管的阻塞 。目前对肺梗塞 的诊断主要是先让病人吸进带有放射性的气体 ,以此来检测肺部的通气状况 。然后再将不透明的放射性染料或是可 溶性的放射性物质注入待测人的血管 ,用此来观测肺部血 流的图像 。最后将肺部血流图与肺部气体流向图加以比较 , 那些气体可以通过但血流通不过的地方暗示了梗塞的区域 。
更简单地定位梗塞区域的方法是电阻抗成像技术 。因 为气体 、体组织 、血液的电特性有很大的差别 , 所以用 EIT 技术对肺部进行电导率和电容率的连续成像 ( 勾画出随时 间变化的电特性图) 可以检测出梗塞区域 。通过电特性图 来诊断梗塞区域较现有技术有许多明显优点 : EIT 成像不 要求待测人暴露在 X 射线或放射性材料下 , 同时成像成本 相对较低 ,可以实现对人体的连续临床监护 。
6.2 乳腺肿瘤的诊断
恶性乳腺肿瘤有着明显不同于它周围健康体组织的电特性 ,基于此特征可以用 EIT 成像诊断出肿瘤的位置 ,而且用 EIT 技术有着以下四个优点 : ①检测过程安全 ; ②可以揭示生物组织电特性与生理学状态的联系 ; ③简洁廉价的设备 , 成像成本低 ; ④简单的检测程序 。
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6.3 中枢神经系统的诊断
脑室内脑脊髓的电阻率低于血液的电阻率 ,因此 EIT 可用来检测新生儿脑室内出血。神经细胞的活动、心动周期也会导致脑内电阻率的变化 ,故在成人脑显像中EIT图像可望在脑损伤、周期性偏头痛、脑供血的研究方面作出贡献 。
6.4 心血管系统的诊断
由于人体血液的电阻率低于多数组织 ,因而可通过动态EIT图像反映出血液在器官的灌注情况 , EIT可显示深部静脉电阻抗变化以用来帮助诊断静脉拴塞 ,并在测量每博输出量、心输出量等心脏参数方面发挥作用。通过比较体位变化过程中妇女骨盆区电阻抗化 ,可望在骨盆充血诊断方面提供依据。
6.5 肌肉骨骼系统的诊断
骨折处的血液变化情况可由EIT图像反映 ,所有EIT可用于显示骨折的早期愈合过程 。
6.6 呼吸系统的诊断
由于人体肺部阻抗变化与吸入气体量有关, EIT可用于肺通气的研究,阻抗变化能够反映连续呼吸情况,并由此能识别肺拴塞、肺大泡和左下叶肺不张等的病理情况。
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